JP2017202776A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＶ走行モード時の電力消費率の悪化を抑制できるハイブリッド車両の制御装置を提供する。
【解決手段】第１モータ・ジェネレータが過回転するおそれが第１車速Ｖ１を超えた場合に第１モータ回転数Ｎｇ１に維持されるように第１モータ・ジェネレータにてエンジンをモータリングし、車速が第２車速Ｖ２まで上昇することによりエンジン回転数が共振回転数域Ａに入るおそれがある場合、共振回転数域Ａの上限よりも高い第２エンジン回転数Ｎｅ２となるように第１モータ・ジェネレータの回転数を第１モータ回転数Ｎｇ１よりも絶対値が小さい第２モータ回転数Ｎｇ２に制御し、かつ、車速が第２車速Ｖ２を超えた場合、エンジン回転数が第２エンジン回転数Ｎｅ２に維持された状態で第１モータ・ジェネレータの回転数を第１モータ回転数Ｎｇ１まで車速に応じて制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は、エンジン及びモータ・ジェネレータを走行用動力源として備えたハイブリッド車両に適用される制御装置に関する。

第１モータ・ジェネレータが連結されたサンギア、エンジンが連結されたキャリア、及び出力部が連結されたリングギアを有する遊星歯車機構を備え、出力部に動力伝達可能な状態で第２モータ・ジェネレータが連結されたハイブリッド車両に適用され、エンジンの燃焼を停止したＥＶ走行モード時に第１モータ・ジェネレータが過回転するような場合にエンジンを始動することにより第１モータ・ジェネレータの過回転を抑制する制御装置が知られている（特許文献１）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２が存在する。

特開２０１０−２０８３９８号公報 特開２０１０−１６８００７号公報

特許文献１の制御装置において、第１モータ・ジェネレータの過回転を抑制するためにエンジンを始動すると、エンジン回転数が共振を励起する共振回転域に停滞してドライバビリティが悪化する場合がある。このようなドライバビリティの悪化を回避するためにエンジン回転数が共振回転域の上限以上となるように制御するとエンジン回転数が高回転となってエンジンフリクションが増加するので電力消費率が悪化する。

そこで、本発明は、ＥＶ走行モード時の電力消費率の悪化を抑制できるハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とする。

本発明のハイブリッド車両の制御装置は、エンジンと、第１モータ・ジェネレータと、第２モータ・ジェネレータと、駆動輪に動力伝達可能な出力部材と、互いに差動回転可能な３つの回転要素を有し、前記３つの回転要素のいずれか一つの第１回転要素に前記第１モータ・ジェネレータが、前記３つの回転要素の他のいずれか一つの第２回転要素に前記エンジンが、前記３つの回転要素の残りの一つの第３回転要素に前記出力部材がそれぞれ連結され、前記３つの回転要素を速度線図上に配置した場合に前記第１回転要素、前記第２回転要素、及び前記第３回転要素の順番に並ぶように構成された動力分割機構と、を備え、前記エンジンの燃焼を停止して前記第２モータ・ジェネレータを力行するＥＶ走行モードにて走行可能なハイブリッド車両に適用され、前記ＥＶ走行モード時において、前記第１モータ・ジェネレータが過回転するおそれがある場合に前記第１モータ・ジェネレータの過回転を回避可能な第１モータ回転数に維持されるように前記第１モータ・ジェネレータにて前記エンジンをモータリングし、前記モータリング中に車速が所定車速まで上昇することにより前記エンジンのエンジン回転数が共振を励起する共振回転数域に入るおそれがある場合、前記共振回転数域の上限よりも高い所定エンジン回転数となるように前記第１モータ・ジェネレータの回転数を前記第１モータ回転数よりも絶対値が小さい第２モータ回転数に制御し、かつ、車速が前記所定車速を超えた場合、前記エンジンのエンジン回転数が前記所定エンジン回転数に維持された状態で前記第１モータ・ジェネレータの回転数を前記第１モータ回転数まで車速に応じて制御するものである。

本発明の制御装置によれば、ＥＶ走行モード時に第１モータ・ジェネレータが過回転するおそれがある場合に第１モータ回転数でエンジンをモータリングすることにより過回転を回避できる。そして、そのモータリング中に車速が上昇した場合に、エンジン回転数が共振回転数域の上限よりも高い所定エンジン回転数となるように第１モータ回転数よりも絶対値が小さい第２モータ回転数に制御するので共振を回避できる。さらに、車速が上昇した場合には、エンジン回転数が所定エンジン回転数に維持された状態で、第１モータ・ジェネレータの回転数を第１モータ回転数まで車速に応じて制御する。したがって、第１モータ・ジェネレータの過回転を回避しつつエンジン回転数が所定エンジン回転数を超えて高回転になることを回避できる。これにより、エンジン回転数が高回転となってエンジンフリクションが増加することを抑制できるので電力消費率の悪化を抑制できる。

本発明の一形態に係るハイブリッド車両の全体構成を模式的に示した図。 制御内容を示した速度線図。 第１モータ・ジェネレータの回転数、エンジン回転数、及び車速の関係を示した図。 本発明の一形態に係る制御ルーチンの一例を示したフローチャート。

図１に示すように、車両１は、エンジン２と、２つのモータ・ジェネレータ３、４とを備えたハイブリッド車両として構成されている。エンジン２及び第１モータ・ジェネレータ３は遊星歯車機構として構成された動力分割機構５に連結されている。エンジン２の動力は動力分割機構５によって分割され、分割された動力の一方が第１モータ・ジェネレータ３による発電に利用され、残りの動力は動力分割機構５から出力される。第１モータ・ジェネレータ３は発電機として機能することが多いが、エンジン２を始動する際のモータリング（クランキング）等に利用される。動力分割機構５と駆動輪７との間の動力伝達経路には第２モータ・ジェネレータ４が設けられている。第２モータ・ジェネレータ４は、エンジン２だけでは不足する動力の補助、電気自動車（ＥＶ）走行モードの実施、及び車両減速時に発電する回生制御の実施等に利用される。

エンジン２は複数の例えば４つの気筒を備えた火花点火型の内燃機関として構成されている。各モータ・ジェネレータ３、４は三相交流型のモータ・ジェネレータとして構成されており、第１モータ・ジェネレータ３には第１インバータ１１が、第２モータ・ジェネレータ４には第２インバータ１２がそれぞれ電気的に接続されている。各インバータ１１、１２はメインバッテリ１３に対して電気的に接続されている。

動力分割機構５はシングルピニオン型の遊星歯車機構として構成されている。動力分割機構５は、外歯歯車のサンギアＳと、サンギアＳと同軸に配置された内歯歯車のリングギアＲと、これらのギアＳ、Ｒに噛み合うピニオンＰを自転及び公転可能に保持するプラネットキャリアＣとを有している。サンギアＳ、リングギアＲ及びプラネットキャリアＣは互いに差動回転可能である。本形態では、動力分割機構５のプラネットキャリアＣに出力軸２ａ及びダンパ１４を介してエンジン２が連結され、サンギアＳに第１モータ・ジェネレータ３が連結され、リングギアＲに出力部材である出力ギア１５が連結される。図２に示したように動力分割機構５の各回転要素は速度線図上にサンギアＳ、プラネットキャリアＣ、及びリングギアＲの順番に並ぶ。したがって、サンギアＳは第１回転要素に、プラネットキャリアＣは第２回転要素に、リングギアＲは第３回転要素にそれぞれ相当する。

出力ギア１５の動力は出力ギア１５に噛み合う出力ドリブンギア１６を介してドライブ軸１７に伝達される。第２モータ・ジェネレータ４の動力はモータドライブ軸１８を介してドライブ軸１７に伝達される。モータドライブ軸１８には出力ドリブンギア１６と噛み合うモータギア１９が設けられている。ドライブ軸１７の動力はドライブギア２０及びディファレンシャル機構２１を介して駆動輪７に伝達される。

車両１の各部の制御はコンピュータとして構成された電子制御装置（ＥＣＵ）３０にて制御される。ＥＣＵ３０はエンジン２及び各モータ・ジェネレータ３、４等に対して各種の制御を行う。ＥＣＵ３０には車両１の各種の情報が入力される。例えば、ＥＣＵ３０には、第１モータ・ジェネレータ３の回転角度に応じた信号を出力する第１レゾルバ３１の出力信号と、第２モータ・ジェネレータ４の回転角度に応じた信号を出力する第２レゾルバ３２の出力信号と、アクセルペダル３４の踏み込み量に対応する信号を出力するアクセル開度センサ３３の出力信号と、車両１の車速に応じた信号を出力する車速センサ３５の出力信号と、エンジン２のクランク角に対応する信号を出力するクランク角センサ３６の出力信号とがそれぞれ入力される。

ＥＣＵ３０は、アクセル開度センサ３３の出力信号と車速センサ３５の出力信号とを参照して運転者が要求する要求駆動力を計算し、その要求駆動力に対するシステム効率が最適となるように各種のモードを切り替えながら車両１を制御する。例えば、エンジン２の熱効率が低下する運転領域ではエンジン２の燃焼を停止して第２モータ・ジェネレータ４を力行するＥＶ走行モードが実施される。また、エンジン２だけではトルクが不足する場合は、エンジン２とともに第２モータ・ジェネレータ４を走行用駆動源とするハイブリッドモードが実施される。

本形態はＥＶ走行モードの実施時に行われる制御に特徴がある。ＥＶ走行モードはエンジン２の燃焼が停止するため、第１モータ・ジェネレータ３が空転可能なシャットダウン状態の場合にはエンジン２のイナーシャによってエンジン回転数はゼロ付近に留まる。図２の速度線図から明らかなように、車速の上昇により出力ギア１５の回転速度が増加するとエンジン回転数がゼロ付近に留まった状態で第１モータ・ジェネレータ３の回転数は負回転方向に増加する。第１モータ・ジェネレータ３の回転数には物理的な制約から定まる上限値Ｎｇｍａｘが存在し、その上限値Ｎｇｍａｘを超えると第１モータ・ジェネレータ３は過回転となる。そのため、ＥＣＵ３０は、二点鎖線で示すように第１モータ・ジェネレータ３が過回転するおそれがある場合は、実線で示すように第１モータ・ジェネレータ３の回転数を上限値Ｎｇｍａｘよりも絶対値が小さい第１モータ回転数Ｎｇ１となるように制御してエンジン２をモータリングする。第１モータ回転数Ｎｇ１は制御のばらつき等を考慮して上限値Ｎｇｍａｘよりも絶対値が小さく設定されている。

第１モータ・ジェネレータ３の回転数が第１モータ回転数Ｎｇ１に維持された状態で矢印のように車速が上昇すると、エンジン回転数が共振を励起する共振回転数域Ａに進入するおそれがある。そのため、ＥＣＵ３０は、一点鎖線で示すようにエンジン回転数が共振回転数域Ａの下限よりも小さい第１エンジン回転数Ｎｅ１に達すると、第１モータ・ジェネレータ３の回転数を破線で示すように第１モータ回転数Ｎｇ１よりも絶対値が小さい第２モータ回転数Ｎｇ２に制御してエンジン回転数を共振回転数域Ａの上限よりも高い第２エンジン回転数Ｎｅ２（所定エンジン回転数）まで上昇させる。共振回転数域Ａ並びにその上限及び下限は、エンジン２及び第１モータ・ジェネレータ３の慣性モーメント、動力分割機構５のギア比、並びにダンパ１４のばね定数により決まる。

エンジン回転数が第２エンジン回転数Ｎｅ２に維持された状態で、さらに車速が上昇する場合、ＥＣＵ３０は実線で示すように第１モータ・ジェネレータ３の回転数を第１モータ回転数Ｎｇ１になるまで車速に応じて制御する。そして、第１モータ・ジェネレータ３の回転数が第１モータ回転数Ｎｇ１に達してさらに車速が上昇した場合は第１モータ・ジェネレータ３の回転数を第１モータ回転数Ｎｇ１に維持する。これにより、エンジン回転数は第２エンジン回転数Ｎｅ２よりも高くなる。

以上の制御を実施した場合、第１モータ・ジェネレータ３の回転数Ｎｇ、エンジン回転数Ｎｅ、及び車速の対応関係は図３に示した通りとなる。この図に示されたように、車速が第１車速Ｖ１から第２車速Ｖ２までの領域ａ１では第１モータ・ジェネレータ３の回転数が第１モータ回転数Ｎｇ１に維持される。第２車速Ｖ２から第３車速Ｖ３までの領域ａ２ではエンジン回転数が共振回転数域Ａを回避する第２エンジン回転数Ｎｅ２に維持された状態で、第１モータ・ジェネレータ３の回転数が車速に応じて第１モータ回転数Ｎｇ１まで制御される。そして、車速が第３車速Ｖ３よりも大きい領域ａ３では第１モータ・ジェネレータ３の回転数が第１モータ回転数Ｎｇ１に維持されてエンジン回転数が第２エンジン回転数Ｎｅ２よりも高くなる。

なお、図２にも示したように、第１車速Ｖ１は、エンジン回転数がゼロで、かつ第１モータ・ジェネレータ３の回転数が第１モータ回転数Ｎｇ１となる車速である。第２車速Ｖ２は所定車速に相当し第１モータ・ジェネレータ３の回転数が第１モータ回転数Ｎｇ１で、かつエンジン回転数が第１エンジン回転数Ｎｅ１となる車速である。第３車速Ｖ３は第１モータ・ジェネレータ３の回転数が第１モータ回転数Ｎｇ１で、かつエンジン回転数が第２エンジン回転数Ｎｅ２となる車速である。

以上の制御はＥＣＵ３０が例えば図４に示した制御ルーチンを実施することにより実現できる。図４の制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ３０に保持されており、ＥＶ走行モードの実施時に読み出されて実行される。

ステップＳ１において、ＥＣＵ３０は車速センサ３５の信号を参照し、車両１の現在の車速が第１車速Ｖ１よりも大きいか否かを判定する。上述したように第１車速Ｖ１は第１モータ・ジェネレータ３の過回転を回避するために設定される。したがって、この処理により、第１モータ・ジェネレータ３が過回転するおそれがあるか否かが判定される。なお、ステップＳ１の処理の代わりに、第１レゾルバ３１を参照して第１モータ・ジェネレータ３の回転数を直接的に検出して過回転するおそれがあるか否かを判定する処理を行うこともできる。車速が第１車速Ｖ１よりも大きい場合はステップＳ２に進み、そうでない場合は処理をステップＳ１に戻す。

ステップＳ２において、ＥＣＵ３０は第１モータ・ジェネレータ３の回転数を第１モータ回転数Ｎｇ１となるように制御してエンジン２をモータリングする。これにより、第１モータ・ジェネレータ３の過回転が回避されるとともに電力消費率の悪化を抑制できる。

ステップＳ３において、ＥＣＵ３０は車速センサ３５の信号を参照し、車両１の現在の車速が第２車速Ｖ２よりも大きいか否かを判定する。第２車速Ｖ２は所定車速に相当し第１モータ・ジェネレータ３の回転数が第１モータ回転数Ｎｇ１で、かつエンジン回転数が共振回転数域Ａの下限よりも小さい第１エンジン回転数Ｎｅ１となる車速である。したがって、この処理によりエンジン回転数が共振を励起する共振回転数域Ａに進入するおそれがあるか否かが判定される。車速が第２車速Ｖ２よりも大きい場合はステップＳ４に進み、そうでない場合は処理をステップＳ１に戻す。

ステップＳ４において、ＥＣＵ３０は第１モータ・ジェネレータ３の回転数を第１モータ回転数Ｎｇ１よりも絶対値が小さい第２モータ回転数Ｎｇ２に制御することによってエンジン回転数を共振回転数域Ａの上限よりも高い第２エンジン回転数Ｎｅ２（所定エンジン回転数）に制御する。これにより、第１モータ・ジェネレータ３の過回転を抑制しつつ共振の励起を回避し、かつ電力消費率の悪化を抑制できる。

ステップＳ５において、ＥＣＵ３０は車速センサ３５の信号を参照し、車両１の現在の車速が第３車速Ｖ３よりも大きいか否かを判定する。車速が第３車速Ｖ３よりも大きい場合はステップＳ６に進んで、第１モータ・ジェネレータ３の回転数を第１モータ回転数Ｎｇ１となるように制御して第１モータ・ジェネレータ３の過回転を回避する。一方、車速が第３車速Ｖ３以下の場合は処理をステップＳ１に戻す。

本形態によれば、ＥＶ走行モード時に第１モータ・ジェネレータ３が過回転するおそれがある場合に第１モータ回転数Ｎｇ１でエンジン２をモータリングすることにより過回転を回避できる。そして、そのモータリング中に車速が上昇した場合に、エンジン回転数が共振回転数域Ａの上限よりも高い第２エンジン回転数Ｎｅ２となるように第１モータ回転数Ｎｇ１よりも絶対値が小さい第２モータ回転数Ｎｇ２に制御するので共振を回避できる。さらに、車速が上昇した場合には、エンジン回転数が第２エンジン回転数Ｎｅ２に維持された状態で、第１モータ・ジェネレータ３の回転数を第１モータ回転数Ｎｇ１まで車速に応じて制御する。したがって、第１モータ・ジェネレータ３の過回転を回避しつつエンジン回転数が第２エンジン回転数を超えて高回転になることを回避できる。これにより、エンジン回転数が高回転となってエンジンフリクションが増加することを抑制できるので電力消費率の悪化を抑制できる。

本発明は上記形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。上記形態に係る動力分割機構はシングルピニオン型の遊星歯車機構として構成されているが、ダブルピニオン型の遊星歯車機構として構成されてもよい。

１ 車両
２ エンジン
３ 第１モータ・ジェネレータ
４ 第２モータ・ジェネレータ
５ 動力分割機構
１５ 出力ギア（出力部材）

Claims (1)

1. エンジンと、
   第１モータ・ジェネレータと、
   第２モータ・ジェネレータと、
   駆動輪に動力伝達可能な出力部材と、
   互いに差動回転可能な３つの回転要素を有し、前記３つの回転要素のいずれか一つの第１回転要素に前記第１モータ・ジェネレータが、前記３つの回転要素の他のいずれか一つの第２回転要素に前記エンジンが、前記３つの回転要素の残りの一つの第３回転要素に前記出力部材がそれぞれ連結され、前記３つの回転要素を速度線図上に配置した場合に前記第１回転要素、前記第２回転要素、及び前記第３回転要素の順番に並ぶように構成された動力分割機構と、
   を備え、前記エンジンの燃焼を停止して前記第２モータ・ジェネレータを力行するＥＶ走行モードにて走行可能なハイブリッド車両に適用され、
   前記ＥＶ走行モード時において、
   前記第１モータ・ジェネレータが過回転するおそれがある場合に前記第１モータ・ジェネレータの過回転を回避可能な第１モータ回転数に維持されるように前記第１モータ・ジェネレータにて前記エンジンをモータリングし、
   前記モータリング中に車速が所定車速まで上昇することにより前記エンジンのエンジン回転数が共振を励起する共振回転数域に入るおそれがある場合、前記共振回転数域の上限よりも高い所定エンジン回転数となるように前記第１モータ・ジェネレータの回転数を前記第１モータ回転数よりも絶対値が小さい第２モータ回転数に制御し、かつ、
   車速が前記所定車速を超えた場合、前記エンジンのエンジン回転数が前記所定エンジン回転数に維持された状態で前記第１モータ・ジェネレータの回転数を前記第１モータ回転数まで車速に応じて制御する、ハイブリッド車両の制御装置。

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